skkn nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần “bài tập thực nghiệm

Vì thế trong nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI “Về đổi mới cănbản, toàn diện giáo dục và đào tạo” đã khẳng định “nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng phát triển năng

Giải pháp 1: Xây dựng hệ thống bài tập theo từng phần và

phân loại bài tập theo từng dạng giúp học sinh dễ nhớ, dễ

hiểu và dễ vận dụng

7

2.2.2 Giải pháp 2: Cho học sinh tìm tòi và kết hợp với giáo viênđưa ra các bước chung nhất để giải bài toán: 30

2.2.3 Giải pháp 3: Phát huy vai trò thảo luận nhóm trong quá trìnhdạy học theo định hướng phát triển năng lực. 30

2.2.4

Giải pháp 4: Tăng cường kiểm tra, chấm, chữa về dạng bài

tập thực nghiệm, lồng ghép bài tập thực nghiệm trong các

bài kiểm tra

1 - ĐẶT VẤN ĐỀ

Vật lý học là một môn khoa học thực nghiệm, cơ sở của nhiều ngành

kỹ thuật quan trọng, sự phát triển của khoa học vật lý gắn bó chặt chẽ và có tácđộng qua lại, trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật Vì vậy, những hiểubiết và nhận thức vật lý có giá trị lớn trong đời sống và trong sản xuất, đặc biệttrong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.“Hiền tài là nguyên khíquốc gia” Nước ta rất cần những nhân tài trong ngành vật lý, rất cần những kỹ

sư có kỹ năng thực hành giỏi Muốn vậy việc tìm kiếm, phát hiện và bồi dưỡngnâng cao kiến thức vật lý cho học sinh từ khi còn ngồi trong ghế nhà trường là

vô cùng cần thiết và đặc biệt là cho học sinh tiếp cận những bài tập thực nghiệm

và thí nghiệm thực hành, giúp các em sáng tạo và có kỹ năng thực hành giỏi, gắn

lý thuyết với thực tiễn

1.1.

1 Cơ sở lí luận

Người lao động xưa đã từng quan niệm “Trăm hay không bằng tayquen”, rằng lý thuyết hay không bằng thực hành giỏi Điều đó cho thấy ngườixưa đã đề cao vai trò của thực hành Ngày nay xã hội phát triển, quan niệm lýthuyết và thực hành được hiểu khác hơn Học và hành lúc nào cũng đi đôi,không thể tách rời nhau Điều đó cũng đã được chủ tịch Hồ Chí Minh khẳngđịnh: “Học với hành phải đi đôi, học mà không hành thì vô ích, hành mà khônghọc thì hành không trôi chảy.”

Học là tiếp thu kiến thức đã được tích lũy trong sách vở, là nắm vững líluận đã được đúc kết trong các bộ môn khoa học, đồng thời tiếp nhận nhữngkinh nghiệm của người đi trước Còn hành nghĩa là ứng dụng kiến thức, lýthuyết để vận dụng vào thực hành hoặc giải quyết một vấn đề thực tiễn của đờisống Cho nên học lý thuyết và thực hành hay làm bài tập thực hành có mốiquan hệ rất chặt chẽ với nhau Chúng là hai mặt của một quá trình thống nhất,không thể tách rời Học sinh Việt Nam rất giỏi về lí thuyết, nhưng về thực hànhlại là điểm yếu đối với học sinh Việt Nam

Vì thế trong nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI “Về đổi mới cănbản, toàn diện giáo dục và đào tạo” đã khẳng định “nâng cao chất lượng giáo

dục toàn diện, chú trọng phát triển năng lực và kỹ năng thực hành, vận dụng

kiến thức vào thực tiễn” Phát triển khả năng sáng tạo và kỹ năng thực hành mà

cụ thể là thông qua việc cho học sinh tiếp cận và đi sâu vào các dạng bài tập

thực nghiệm là điều vô cùng cần thiết, giúp học sinh có mối liên hệ chặt chẽ

giữa lí thuyết và vận dụng thực tế, ứng dụng kiến thức vào đời sống

1.1.2 Cơ sở thực tiễn

Bài tập thực nghiệm thường chiếm một phần điểm trong các đề thi họcsinh giỏi các cấp, nhưng nó thường đóng vai trò là câu khó để phân loại họcsinh, cũng là phần có số dạng bài và phương pháp giải phong phú Mặt khác cácbài tập về thực nghiệm và thí nghiệm rất mới mẻ, xa lạ với các em, nhất là các

em đầu cấp, nhưng luôn gây nhiều hứng thú, đồng thời kích thích các em vận

dụng kiến thức tổng hợp đề giải quyết vấn đề Từ kiến thức lí thuyết vật lý trừutượng các em vận dụng đưa vào thực tế một cách linh hoạt và sáng tạo.

Hiện nay trên thị trường hầu như chưa có tài liệu tham khảo nào làm tốt việcphân loại bài tập thực nghiệm Phương pháp giải cũng chưa được xây dựngthành hệ thống gây khó khăn cho cả học sinh và giáo viên khi giảng dạy

Qua điều tra nghiên cứu cùng với kinh nghiệm nhiều năm được phân côngdạy bồi dưỡng đội tuyển Học sinh giỏi của huyện tôi nhận thấy: Đa phần họcsinh chỉ được học một số ít buổi về bài tập nâng cao thuộc phần này Việc học ởtrường bị hạn chế, việc học ở nhà cũng gặp khó khăn do không có tài liệu thamkhảo có chất lượng Hơn thế nữa việc phân loại và đưa ra phương pháp giải chotừng dạng cũng chưa thực sự tốt

Đối với các giáo viên khi nghiên cứu bài tập thực nghiệm cũng gặp nhiều khókhăn vì tài liệu tham khảo ít và ít có cơ hội học hỏi để nâng cao phần kiến thứcnày Chính vì việc tiếp cận bài tập thực nghiệm của học sinh còn nhiều hạn chế,Nên khi nhìn thấy những bài tập này thường các em rất mất bình tĩnh và hoangmang

Với mong muốn nâng cao chất lượng giảng dạy bài tập thực nghiệm và giúphọc sinh các trường, các khối lớp tiếp cận được hệ thống bài tập thực nghiệm dễdàng hơn, nhiều hơn, đặc biệt là bồi dưỡng, nâng cao chất lượng học sinh khágiỏi của trường, của huyện tôi mạnh dạn chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm:

Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần: “bài tập thực nghiệm”.

Thông qua các bài tập thực nghiệm, học sinh được bồi dưỡng, phát triểnnăng lực tư duy, năng lực thực nghiệm, năng lực hoạt động tự lực, sáng tạo, bộc

lộ rõ khả năng sở trường, sở thích về vật lí Giải các bài tập thực nghiệm là mộthình thức hoạt động nhằm nâng cao chất lượng học tập, tăng cường hứng thú,gắn học với hành, lí luận với thực tế, kích thích tính tích cực, tự lực, trí thôngminh, tài sáng tạo, tháo vát của từng học sinh Bên cạnh đó khi được tiếp xúcdạng bài tập này học sinh rất hứng thú và yêu thích khám phá, tìm tòi, kích thíchtrí tưởng tượng và vận dụng kiến thức tổng hợp Đây cũng là biện pháp để pháthiện đúng những học sinh khá giỏi về vật lí

Sáng kiến kinh nghiệm tập trung cung cấp kiến thức trọng tâm và đưa một

số bài tập cụ thể có thể giúp đồng nghiệp và các em trong một mức độ nào đóvới hy vọng việc ôn thi học sinh giỏi không còn là quá khó với các đồng nghiệpnữa

1.2 Giới hạn đề tài

Vật lý là bộ môn thực nghiệm, nên nhận thức sâu sắc được tầm quan trọngcủa bài tập thực nghiệm trong việc bồi dưỡng kiến thức, nâng cao kiến thức vàkhả năng vận dụng kiến thức vật lý của học sinh để áp dụng vào trong đời sống

Vì lí do trên nên tôi đã chọn đề tài: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần: “bài tập thực nghiệm ”. làm nội dung sáng kiến của mình Đivào nghiên cứu đề tài này, tôi xin được trình bày những nội dung chính sau:

Phần I: Đặt vấn đề

Phần II: Giải quyết vấn đề.

Phần III: Kết luận

1.2.1.Giới hạn của đề tài

Giới hạn của đề tài là: nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi phần “ Bài tập thực nghiệm”

- Để tài tập trung nghiên cứu, phân loại một số dạng bài tập thực nghiệm về cơ,nhiệt, điện, quang học và ứng dụng phương pháp dạy học theo định hướng pháttriển năng lực vào bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần bài tập thực nghiệm

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm

1.2.5 Thời gian nghiên cứu:

mà không định hướng được cách giải

Thực trạng chung của học sinh và giáo viên trong quá trình giải và hướnggiải bài tập là:

- Đối với giáo viên thường ngại đi sâu vào dạng bài tập này, vì đây là kiểubài tập khó, thường phải tư duy, không có nhiều trong các tài liệu tham khảo

- Đối với học sinh, kiểu bài này không mới nhưng ít gặp, hoặc nếu gặp thìkhó nên đòi hỏi các em phải vận dụng linh hoạt mới sáng tạo ra cách làm Vì thếkết quả học tập chưa cao.

Điển hình trong kỳ thi khảo sát chất lượng học sinh giỏi huyện Yên Khánhnăm học 2011-2012 môn vật lý lớp 8 có một bài tập thực nghiệm ở câu số 5 nhưsau:

“Em hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng của mộtcái bát sứ, nếu cho các dụng cụ: một bình hình trụ đựng nước, một cái thướcmilimet và một cái bát sứ.” nhưng các em do tâm lý sợ kiểu bài này và khôngvận dụng linh hoạt nên đã không làm được

Thực trạng của vấn đề là: qua quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinhgiỏi tôi thấy dạng bài tập thực nghiệm rất hay xuất hiện trong các đề thi olimpichay chọn học sinh giỏi các cấp, nó phát huy khả năng sáng tạo và vận dụng kiếnthức linh hoạt, ứng dụng lí thuyết vào thực tế của học sinh nhưng lại rất ít emlàm được Vì những mâu thuẫn đó tôi đã tiến hành cho các em làm một bài kiểmtra khảo sát về bài tập thực nghiệm và thí nghiệm thực hành trong lớp hai lớp8A và 9A các năm học, tôi thu được kết quả như bảng sau:

KẾT QUẢ KIỂM TRA BAN ĐẦU

2.2 CÁC BIỆN PHÁP ĐÃ TIẾN HÀNH ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.

Bài tập thực nghiệm là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy học sinh.Việc giải bài tập loại này sẽ giúp học sinh hiểu rõ bản chất hiện tượng, quy luậtvật lý và rèn luyện cho học sinh sự chú ý đến việc phân tích nội dung vật lý

Câu hỏi của bài tập thực nghiệm thường sử dụng như sau:

- Làm thế nào để đo được … với các thiết bị…?

- Hãy tìm cách xác định… với các thiết bị…?

- Nêu phương án đo … với các dụng cụ… ?

Những bài tập này yêu cầu học sinh đo đạc đại lượng vật lý với các thiết

bị sẵn có trong đề bài, tìm quy luật về mối liên hệ phụ thuộc giữa các đại lượng

đã có với các đại lượng cần tìm Với đặc trưng của kiểu bài và thực trạng trên tôiđưa ra các giải pháp sau:

1 Xây dựng chương trình bồi dưỡng và đưa ra hệ thống bài tập theo từngphần và phân loại bài tập theo từng dạng giúp học sinh dễ nhớ, dễ hiểu và dễ vậndụng

2 Hệ thống các dạng bài tập thành các bước giải

3 Phát huy vai trò thảo luận nhóm trong quá trình dạy học theo đinh hướngphát triển năng lực

4 Tăng cường kiểm tra, chấm, chữa về dạng bài tập thực nghiệm, lồng ghépbài tập thực nghiệm trong các bài kiểm tra

* Xây dựng các dạng bài tập điển hình xuyên suốt toàn bộ chương trình học, lập

sơ đồ cây và những dạng bài tập tổng quát có tính chất khái quát và đa dạng kiểucâu hỏi

* Tham khảo thêm các tài liệu tham khảo và luôn cập nhật các dạng bài tập mớitrên mạng

* Dạy học theo từng chuyên đề, từng dạng bài và thảo luận nhóm theo chuyên đề

Hệ thống bài tập được chia ra bốn chuyên đề :

Chuyên đề 1: Cơ học Chuyên đề 2: Nhiệt học Chuyên đề 3: Điện học Chuyên đề 4: Quang học

CHUYÊN ĐỀ I: CƠ HỌC

A Lí thuyết

1 Khối lượng:

Công thức: m = D.V

2 Khối lượng riêng, trọng lượng riêng

a Khối lượng riêng: D = m

5 Lực đẩy Acsimet – Sự nổi:

- Một vật khi nhúng chìm trong chất lỏng chịu tác dụng của lực đẩy Ác-si-métcó:

+ Điểm đặt trên vật+ Phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên+ Độ lớn bằng trọng lượng của khối chất lỏng bị vật chiếm chỗ

FA = d.V

- Điều kiện để vật chìm, lơ lửng, nổi trong chất lỏng:

+ Khi P > FA (dv > dl) thì vật chìm xuống dưới

+ Có sự chuyển dời của vật

- Công thức tính công cơ học: A = F.s

7 Định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công.Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt hại bấy nhiêu lần về đường đi và ngượclại

Hiệu suất: H = 1

2

A100%

A ×Với A1 = Ph ; A2 = Fs = Fl

- Điều kiện cân bằng của đòn bẩy 1 2

B Bài tập

* Dạng 1: Xác định khối lượng, thể tích của vật.

Bài 1.

Đo khối lượng chiếc bút bi ( gần đúng), Cho dụng cụ gồm:

+ Cân thăng bằng và quả cân 10g

+ Bao diêm đầy chứa các que diêm có khối lượng rất gần bằng nhau

+ Đặt chiếc bút bi lên đĩa phải, y que diêm lên đĩa trái cho đến khi cân thăng

+ Vớt ống nghiệm ra và đổ hết thóc ra rồi đổ dần nước vào ống nghiệm cho ốngnghiệm chìm đến vạch cũ

+ Xác định thể tích nước V trong ống nghiệm

+ Tính khối lượng nước m = Dn.V chính là khối lượng của n hạt thóc

+ Khối lượng trung bình của một hạt thóc:

+ Đổ dầu vào bình chia độ có thể tích V1

+ Thả N viên bi vào bình dầu dâng lên có thể tích V2

+ Thể tích của N viên bi V = V2 – V1

+ Thể tích của 1 viên bi:

N

V V

0

−

=+ Bán kính viên bi: 3 3 0

3 3

Ghi số đo mực nước ban đầu (a)

Cho quả cân vào bình, ghi mực nước mới (b)

Lấy V = b – a được thể tích quả cân

Gọi thể tích thể tích của kim loại A và kim loại B trong quả cân lần lượt là V1,

1

D D

V D m

−

−

Tương tự V1 =

2 1

2

D D

V D m

−

−

=

1 2

2

D D

m V D

1

−

−

=

* Dạng 3: Xác định khối lượng riêng, trọng lượng riêng của vật.

Bài 1 Em hãy nêu phương án xác định khối lượng riêng của một hòn đá cóhình dạng bất kỳ với những dụng cụ sau: Hòn đá, lực kế, bình đựng nước, biếtnước có khối lượng riêng là D, dây buộc có tiết diện nhỏ, khối lượng khôngđáng kể, không biến dạng

Hướng dẫn giải:

Dùng dây buộc hòn đá, sau đó dùng lực kế móc vào dây để cân trọnglượng của hòn đá ngoài không khí ta được giá trị là P Mặt khác P = 10.D0.V(1) Với D0 là khối lượng riêng của hòn đá, V là thể tích của hòn đá Thả hòn đáchìm hoàn toàn vào trong bình đựng nước (hòn đá vẫn được treo ở lực kế) tathấy lực kế chỉ giá trị P0

Lực đẩy Ácsimét của nước tác dụng vào hòn đá: FA = d.V = 10.D.V

D =P-P

Bài 2 Hãy tìm cách xác định khối lượng riêng của thủy ngân Cho dụng cụgồm:

+ Lọ thủy tinh rỗng đủ lớn

+ Nước có khối lượng riêng D

+ Cân đồng hồ có độ chính xác cao, có giới hạn đo và độ chia nhỏ nhất phù hợp

Hướng dẫn giải:

- Dùng cân xác định khối lượng của lọ rỗng: m

- Đổ nước đầy lọ rồi xác định khối lượng của lọ nước: m1

⇒ Khối lượng nước mn = m1 – m

- Dung tích của lọ:

D

m m D

m V V

m m V

Bài 3 Một hình trụ đặt trên mặt bàn nằm ngang có chứa nước đến độ cao H =15cm Thả một cái bát (không đựng gì) để nó nổi trên mặt nước thì mực nướctrong bình dâng lên∆h = 2,5cm Khi nhúng cho bát chìm xuống thì mực nướctrong bình có độ cao bao nhiêu Biết khối lượng riêng của nước đá D0 =1000kg/m3, của chất làm bát D = 5000kg/m3?

Từ bài toán này hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng củamột cái bát sứ, nếu cho các dụng cụ: một bình hình trụ đựng nước, một cái thướcmilimet và một cái bát sứ

Hướng dẫn giải:

- Thể tích của nước bị bát chiếm chỗ khi bát nổi là ∆V = S.∆H

⇒Bát nổi cân bằng trên mặt nước: P = FA ⇒10 m = 10D0 ∆V

⇒ m = S.∆H.D0 Với S là diện tích đáy bình

D = 15,5(cm)

- Từ lời giải bài toán trên suy ra phương án thí nghiệm để xác định khối lượngriêng của cái bát như sau :

+ Đầu tiên chưa thả cốc vào bình đo khoảng cách h1 từ mặt nước đến miệngbình

+ Thả bát nổi trong bình đo khoảng cách h1 từ mặt nước đến miệng bình

⇒ mực nước dâng lên khi bát nổi trong bình : ∆H = h1 - h2

+ Nhấn cho bát chìm xuống, đo khoảng cách h3 từ mặt nước đến miệng bình

Bài 4 Cho các dụng cụ sau:

- 1 cốc nước;1 củ khoai ; muối ăn có khối lượng M đã biết, đựng trong cốc cóchia độ

Hãy trình bày 1 phương án thực nghiệm để xác định khối lượng riêng của củ khoai

Hướng dẫn giải:

a) Gọi khối lượng củ khoai là m1.

Đổ nuớc vào cốc có chia độ (hình a) , và chờ cho muối tan hết vào nước Đọcvạch chia độ ở thành cốc được thể tích nước muối là V; nó có khối lượng là:

Thả củ khoai vào nước muối, củ khoai sẽ nổi

và mực nước muối dâng lên là V1

Phần thể tích khoai chìm là V = V1 – V

Lực đẩy Acsimet của nước muối lên củ khoai là:

FA = 10D1 V = 10(D + M

V )(V1 – V)Với D: Khối lượng riêng của nước

Củ khoai nổi lên trên mặt nước muối nên lực đẩy

Acsimét cân bằng với trọng lượng của nó:

P = FA = 10(D + M

V )(V1 – V)= 10m1,b) Đổ hết nước muối đi, rồi đổ vào cốc chia độ V2 nước (lã)

(hình b)

Thả củ khoai vào nó chìm xuống đáy cốc, mực nước dâng lên là V3

Vậy thể tích củ khoai là V = V3 –V2 Khối lượng riêng của củ khoai:

2

Hình b

* Dạng 4: Bài tập thực nghiệm có sử dụng máy cơ đơn giản

Bài 1. Em cần xác định trọng lượng của một vật nhưng chỉ có một lực kế lò xocó giới hạn đo nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng của vật, Em hãy nghĩ xem cầncó thêm dụng cụ đơn giản nào để có thể dùng với lực kế xác định được trọnglượng của vật nói trên.

Hướng dẫn giải:

+ Lấy một thanh đồng chất, hình dạng đều, có trọng lượng nhỏ so với trọnglượng của vật để làm đòn bẩy

+ Vạch trên thanh các đoạn dài như nhau

+ Treo vật vào điểm đầu mút một bên của thanh cách điểm tựa một đoạn l1.Điểm đầu mút còn lại của thanh treo lực kế cách điểm tựa một đoạn l2 Tác dụngmột lực kéo F vào lực kế để thanh cân bằng

Áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy: 2

1

l P

Bài 2 Trong tay có một quả cân 500 gam, một thước thẳng bằng kim loại cóvạch chia và một số sợi dây buộc Làm thế nào để xác nhận lại khối lượng củamột vật nặng 2kg bằng các vật dụng đó? Vẽ hình minh họa

l l

Bài 3: Đo hiệu suất của mặt phẳng nghiêng

Dụng cụ: 1 lực kế, 1 mặt phẳng nghiêng (1 giá thí nghiệm, 1 máng nhựa),

1 khối gỗ hình hộp chữ nhật, 1 thước thẳng có vạch chia mm, 1 dây chỉ

Hướng dẫn giải:

1 Cơ sở lý thuyết:

Gọi: P là trọng lượng của khối gỗ; h là chiều cao; l là khoảng cách từ tâm

khối gỗ đến chân mặt phẳng nghiêng; F là lực kéo khối gỗ chuyển động đều đilên theo mặt phẳng nghiêng Ta có:

A

O

B

- Công của trọng lực (công toàn phần): A1 = P.h

- Công của lực kéo khối gỗ chuyển động đều đi lên theo mặt phẳng nghiêng(công có ích): A2 = F.l

- Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng: H = 1

- Bước 2: Dùng dây chỉ buộc khối gỗ vào lực kế, treo vào giá thí nghiệm Khi

khối gỗ đứng yên, đo P

- Bước 3: Đặt khối gỗ cuối mặt phẳng nghiêng Kéo khối gỗ lên thẳng đều theo

* Dạng 5: Bài tập về bình thông nhau.

Bài 1: Cho một ống thủy tinh hình chữ U rỗng, hở 2 đầu, một cốc đựng nước

nguyên chất, một cốc đựng dầu ( không hòa tan với nước ), một thước chia độtới mm Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xác định trọng lượng riêng củadầu?

Hướng dẫn giải:

Đề xuất phương án thí nghiệm:

+ Rót nước vào một nhánh trong ống chữ U

+ Rót dầu vào một nhánh còn lại, dầu nổi trên nước

+ Đo chiều cao của cột dầu và đo chiều cao chênh lệch

cột nước ở hai nhánh

Xét áp suất tại hai điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang vị trí mặt phâncách giữa dầu và nước

Gọi trọng lượng riêng của dầu là d1, trọng lượng riêng của nước là d2

Đo chiều cao cột dầu là h1, chiều cao cột nước h2

1

2 1 2 2 1

h

h d h d h

h1

h2

Bài 2: Cho một cốc nước, một cốc chất lỏng không hòa tan trong nước và nhẹ

hơn nước, một ống thủy tinh hình chữ U, một thước đo chiều dài Hãy trình bàycách xác định khối lượng riêng của chất lỏng

Hướng dẫn giải:

Đề xuất phương án thí nghiệm:

+ Rót nước vào một nhánh trong ống chữ U

+ Rót chất lỏng vào một nhánh còn lại,

chất lỏng nổi trên nước do chất lỏng nhẹ hơn nước

Xét áp suất tại hai điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang vị trí mặtphân cách giữa chất lỏng và nước

Gọi trọng lượng riêng của chất lỏng là d1, trọng lượng riêng của nước là d2

Đo chiều cao cột chất lỏng là h1, chiều cao cột nước h2

1 2

1

2 1 2 2 1

h

h d h d h

Gọi h,h’ là các chiều cao cột nước và cột dầu (hình vẽ)

và và d,d’ trọng lượng riêng của nước và dầu:

Xét một điểm M ở mặt phân cách giữa dầu và nước của nhánh A và mộtđiểm N trong nhánh B ở cùng mặt phẳng nằm ngang qua M

Dùng thước đo:

- Độ cao cột nước ở nhánh B tính từ đáy đến mặt nước: n

- Độ cao cột nước ở nhánh B tính từ đáy đến N: m

- Độ cao cột nước ở nhánh A tính từ đáy đến mặt thoáng của dầu: n’

- Độ cao cột nước ở nhánh A tính từ đáy đến M: m’

h1h

B

CHUYÊN ĐỀ II: NHIỆT HỌC

Khái quát về bài toán thực nghiệm trong chuyên đề nhiệt học: Bài toánthực nghiệm trong chuyên đề Nhiệt học là loại bài tập đòi hỏi học sinh phải vậndụng một cách tổng hợp các kiến thức lí thuyết vào thực nghiệm, các kĩ nănghoạt động trí óc và chân tay, các vốn kiến thức hiểu biết về vật lí, kĩ thuật vàthực tế đời sống để tự mình xây dựng phương án, lựa chọn phương tiện Thôngthường bài toán tập trung vào yêu cầu xác định nhiệt dung riêng, nhiệt nóngchảy, nhiệt hóa hơi của các chất với các dụng cụ thí nghiệm cho trước

Xác định các điều kiện thích hợp, tự mình thực hiện thí nghiệm theo quytrình, quy tắc để thu thập, xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học,tối ưu bài toán cụ thể được đặt ra Loại bài tập này vì vậy có tác dụng toàn diệntrong việc đào tạo, giúp học sinh nắm vững các kiến thức, kĩ năng cơ bản về líthuyết và thực nghiệm của môn vật lí

Muốn làm tốt kiểu bài tập này học sinh cần nắm chắc lí thuyết:

A Lí thuyết.

1 Các kiến thức cơ bản

- Công thức tính nhiệt lượng: Q = m.c.∆t

- Phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu

2 Các kiến thức cần bổ trợ

- Nhiệt dung của một vật: q = mc

- Nhiệt dung của các vật: q = m1c1 + m2c2 + … mncn

Trong đó m1, m2, … và c1, c2 … lần lượt là khối lượng và nhiệt dung riêng củacác chất cấu tạo nên vật

- Nhiệt nóng chảy: λ (đọc là lam-đa), đơn vị: J/kg.

Khi chất rắn nóng chảy cần cung cấp cho vật nhiệt lượng, khi chất lỏng đôngđặc thì tỏa ra nhiệt lượng tính theo công thức: Q = mλ

- Nhiệt hóa hơi: L, đơn vị J/kg

Khi chất lỏng hóa hơi cần cung cấp cho vật nhiệt lượng, khi hơi ngưng tụ nótỏa ra nhiệt lượng tính theo công thức: Q = mL

* Tóm lại: khi đun nóng một khối chất rắn thì trải qua các quá trình:

+ Chất rắn nóng lên đến nhiệt độ nóng chảy: Q = mcr∆t1

+ Chất rắn nóng chảy thành chất lỏng: Q = mλ+ Chất lỏng nóng lên đến nhiệt độ sôi: Q = mc l∆t2

+ Chất lỏng hóa hơi: Q = mL

* Quá trình làm lạnh thì ngược lại

B Phân loại bài tập thực nghiệm nâng cao phần Nhiệt học.

Dạng 1: Xác định nhiệt dung riêng của vật rắn hay chất lỏng

Dạng 2: Xác định nhiệt nóng chảy của một chất

Dạng 3: Xác định nhiệt hóa hơi của một chất

* Phương pháp chung: Tạo ra sự trao đổi nhiệt giữa các vật có liên quan đãcho trong bài Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt để rút ra đại lượng cần xácđịnh theo yêu cầu của đề bài Các bước cụ thể:

Bước 1: Với các dụng cụ đã cho, tìm cách xác định khối lượng và nhiệt độ ban

đầu của các vật có tham gia vào quá trình thực hiện trao đổi nhiệt Cần lưu ýphương án xác định khối lượng và nhiệt độ ban đầu sao cho có tính khả thi vàkết quả đo thật chính xác nhằm hạn chế sai số của phép đo, ảnh hưởng đến kếtquả cuối cùng của phép đo

Bước 2: Tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ của các chất tham gia vào quá trình trao

đổi nhiệt Lưu ý lựa chọn vật để nung nóng cho phù hợp

Bước 3: Cho các vật tiếp xúc và trao đổi nhiệt với nhau Xác định vật toả nhiệt,

vật thu nhiệt, viết công thức tính nhiệt lượng thu vào, tỏa ra của từng vật

Bước 4: Lập phương trình cân bằng nhiệt (hoặc lập tỷ số) sau đó rút ra đại

lượng cần tìm (x1 )

Bước 5: Lặp lại các bước thí nghiệm trên từ 2 đến 3 lần để lấy giá trị trung bình

cho chính xác Lưu ý: Để hạn chế sai số, ta nên đo khối lượng nước ngay trongbình nhiệt lượng kế; Khi lấy vật rắn từ bình nước nóng và cho vào nhiệt lượng

kế cần thực hiện một cách nhanh chóng tránh mất mát nhiệt ra môi trường

* Dạng 1: Xác định nhiệt dung riêng của một chất.

Bài 1:

Hãy chỉ ra phương án xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng bằngcác dụng cụ: nước (đã biết nhiệt dung riêng Cn), nhiệt lượng kế (đã biết nhiệtdung riêng Ck), nhiệt kế, cân, bộ quả cân, bình đun và bếp điện Xem chất lỏngkhông gây một tác dụng hóa học nào khác trong suốt thời gian thí nghiệm

Hướng dẫn giải.

+ Dùng cân xác định khối lượng mk của nhiệt lượng kế

+ Đổ chất lỏng vào nhiệt lượng kế, dùng cân xác định khối lượng m1 của chấtlỏng có nhiệt dung riêng C cần xác định, đo nhiệt độ t1 của chất lỏng

+ Đun nước đến nhiệt độ t2 rồi rót vào nhiệt lượng kế (đã có chất lỏng trong đó).+ Đo nhiệt độ khi cân bằng nhiệt t, rồi cân nhiệt lượng kế để xác định khốilượng nước vừa đổ vào (m2)

Khi có cân bằng nhiệt :

m2cn.(t2 - t) = (mkck + m1.c).(t - t1)

Hướng dẫn giải.

+ Dùng cân xác định khối lượng của vật rắn (m); khối lượng nhiệt lượng kế (m1)+ Đổ một ít nước vào nhiệt lượng kế (Lưu ý lượng nước đủ để nhúng ngập hoàntoàn vật rắn), Dùng cân xác định khối lượng của nhiệt lượng kế có nước bêntrong (M), suy ra khối lượng nước m2 = M – m1

+ Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế (t1), đây cũng là nhiệt

độ ban đầu của nhiệt lượng kế

+ Đổ một ít nước vào bình đun (Lưu ý lượng nước đủ để nhúng ngập hoàn toànvật rắn), Dùng dây buộc vật rắn và nhúng ngập hoàn toàn vật rắn vào trong bìnhđun Dùng bếp điện nung nóng nước và vật rắn trong bình đun

+ Sau một khoảng thời gian dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình đun(t2), đó cũng là nhiệt độ của vật rắn

+ Lấy nhanh vật ra khỏi bình đun và thả vật vào nhiệt lượng kế, đo nhiệt độ khicó cân bằng nhiệt (t)

+ Ta có: Nhiệt lượng vật tỏa ra : Qtỏa = m.c.(t2 - t)

Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước trong nhiệt lượng kế thu vào :

+ Lặp lại thí nghiệm từ 2 đến 3 lần để lấy giá trị trung bình cho chính xác

Lưu ý: Vì trong các dụng cụ đã cho không có cân nên việc xác định khối lượng

của nước và nước đá phải thông qua khối lượng riêng và thể tích

Bài toán tương tự:

Hãy trình bày một phương án xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng

L không có phản ứng hoá học với các chất khi tiếp xúc Dụng cụ gồm : 01 nhiệtlượng kế có nhiệt dung riêng là CK, nước có nhiệt dung riêng là Cn, 01 nhiệt kế,

01 chiếc cân rôbecvan có bộ quả cân, hai chiếc cốc giống hệt nhau (cốc có thểchứa khối lượng nước hoặc khối lượng chất lỏng L lớn hơn khối lượng của nhiệtlượng kế), bình đun và bếp đun

+ Bước 2 : Thiết lập cân bằng nhiệt mới cho mL, mN và mK.

- Đổ khối lượng chất lỏng mL ở cốc 1 vào NLK, đo nhiệt độ t1 trong NLK

- Đổ khối lượng nước mn vào bình, đun đến nhiệt độ t2 (t2>t1)

- Rót khối lượng nước mN ở nhiệt độ t2 vào NLK, khuấy đều

Lưu ý: Cần đặc biệt chú ý bài toán cho cân Rôbecvan nhưng không có bộ quảcân nên không thể xác định cụ thể khối lượng của các vật tham gia vào quá trìnhtrao đổi nhiệt ở đây ta chọn phương án xác định khối lượng các vật tham giavào quá trình trao đổi nhiệt là bằng nhau nên khi lập phương trình cân bằngnhiệt ta đã giản ước hết

Dạng 2: Xác định nhiệt nóng chảy của một chất:

Bài toán: Nêu phương án xác định nhiệt nóng chảy của nước đá với các dụng cụsau: một bình chia độ đã biết khối lượng m và nhiệt dung riêng c, một nhiệt kế,một cốc nước (đã biết nhiệt dung riêng c1 ), một cục nước đá trong bình cáchnhiệt có nước

Hướng dẫn giải:

+ Đổ một ít nước vào bình chia độ, xác định thể tích của nước mới đổ vào (V1)suy ra khối lượng nước mới đổ vào m1 = D V1

+ Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình chia độ (t1), đây cũng là nhiệt

độ ban đầu của bình chia độ

+ Đổ một ít nước đá vào bình chia độ (nước đá đang ở 00C) Khi nước đá tan hếtxác định thể tích của nước trong bình chia độ (V2) suy ra khối lượng nước đá

m2 = D V2 – m1

+ Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình chia độ (t2 )

Đây cũng là nhiệt độ của bình chia độ

Q tỏa = (m.c + m1.c1).(t1 - t) với t là nhiệt độ cân bằng của hệ

Nhiệt lượng do nước đá thu vào để nóng chảy và tăng nhiệt độ lên t2

Q thu = λm2 + m2c2(t-t2)

Theo phương trình cân bằng nhiệt Qtỏa = Qthu

Dạng 3: Xác định nhiệt hóa hơi của một chất:

Lưu ý: Cần khai thác dữ kiện của đề bài là “bếp điện có công suất không đổi”

để thiết lập phương trình

Bài toán:

Lập phương án xác định nhiệt hóa hơi của nước với các dụng sau :nước( đã biết nhiệt dụng riêng cn), bình đun( biết nhiệt dung riêng c2), bếp điện,nhiệt kế, đồng hồ, cân và bộ quả cân

Hướng dẫn giải.

+ Dùng cân để cân bình m2

+ Cho một lượng nước nhỏ vào bình rồi đem cân cả bình và nước có khối lượng

M Suy ra khối lượng nước m = M –m2

+ Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước t1

+ Đun nước đến sôi đồng thời dùng đồng hồ đo T1, khi nước bắt đầu sôi đo nhiệt

độ t2 và theo dõi đồng hồ đun nước thêm một thời gian nữa T2

+ Cân lại bình (M’) để xác định lượng nước đã hóa hơi m3 = M – M’

Coi như bếp tỏa nhiệt đều, có thể coi như lượng nước và bình hấp thụ tỉ lệ thuậnvới thời gian đun :

CHUYÊN ĐỀ III: ĐIỆN HỌC

R R

1

1 1 1

2 1

+ + +

5 Công suất điện: P = U.I; P = I2R; P = U2

R

6 Định luật Jun- Len xơ: Q = I2Rt

B BÀI TẬP

* Dạng 1: Xác định điện trở suất của dây dẫn có điện trở.

Bài toán: Cho các dụng cụ sau: một ampe kế có điện trở xác định, một vôn kếcó điện trở rất lớn, một thước đo chiều dài,một thước kẹp đo đường kính củadây, một bộ ắc quy, dây nối đủ dùng có điện trở không đáng kể và một đoạn dây

MN cần xác định điện trở suất Hãy nêu phương án xác định điện trở suất củađoạn dây MN

Hướng dẫn giải.

Gọi điện trở của đoạn MN là R; điện trở suất của dây Mn là ρ

+ Mắc mạch điện như hình a

Ampe kế chỉ I1, vôn kế chỉ giá trị U1

Điện trở của ampe kế là: RA = 1

1

U I

N M

V A R

Hình a